基于CDIO的微機原理實驗課程教學改革研究

張典 莊克玉 朱桂新

摘 要：本文闡述了工程教育CDIO的基本概念，以微機原理實驗課程為例，提出了基于CDIO模式的微機原理實驗課程的教學改革探索，主要從基于CDIO模式的實驗教學構(gòu)建思路、實驗教學內(nèi)容和方法、實驗考核等方面進行了設(shè)置和實施。教學改革結(jié)果證明，基于CDIO的實驗教學方法改革取得了良好的教學效果，達到了預(yù)定目標。

關(guān)鍵詞：CDIO模式；微機原理實驗；教學改革

一、引言

CDIO是Conceive（構(gòu)思）、Design（設(shè)計）、Implement（實現(xiàn)）和Operate（運作）四個英文單詞的首字母縮寫。隨著我國高等教育的飛速發(fā)展，以及社會對高校畢業(yè)生在分析與解決實際問題方面的要求不斷提升，越來越多的高校開始注重培養(yǎng)在校學生的實踐動手能力。迄今為止，已有眾多國內(nèi)外高校在機械類、電氣類和醫(yī)學類專業(yè)引入了CDIO工程教育改革，在教學中推廣CDIO工程教育理念和教學大綱，取得了良好的效果。

二、微機原理實驗課程教學現(xiàn)狀

微機原理實驗課程是自動化、測控、智能電網(wǎng)等專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程培養(yǎng)學生從理論和實踐上掌握現(xiàn)代微機的基本組成、工作原理以及與外設(shè)的硬件連接等知識，為后續(xù)的專業(yè)課程奠定基礎(chǔ)。但目前課程實驗教學普遍存在以下問題。

1.教師課堂以講授為主，學生被動地接受知識，嚴重影響教學效果。實驗過程中，驗證性實驗較多，學生基本上是照搬實驗指導(dǎo)書，按部就班地輸入指令和連線操作，在實驗設(shè)備上觀察出現(xiàn)的特定現(xiàn)象，幾乎沒有獨立思考和設(shè)計創(chuàng)新的機會。

2.課程考核方式單一。按照以往的教學方法，本課程成績由兩部分組成：第一，學生參加實驗課程閉卷考試，考試內(nèi)容基本圍繞實驗內(nèi)容進行；第二，教師根據(jù)學生平時上課出勤情況給出平時分數(shù)。這兩部分組成學生的總成績。這種考核方式單一，無法實現(xiàn)對學生綜合能力的評價。

從以上兩點可以看出，以往的微機原理實驗教學存在重理論、輕實踐的問題，實驗過程中學生無法發(fā)揮主觀能動性，團隊協(xié)作能力也無法得到提升，其僅僅驗證了課堂講述的幾個知識點，這與CDIO教學理念有很大差距。本研究正是在以上幾點不足的基礎(chǔ)上提出的。

三、CDIO微機原理實驗教學體系建構(gòu)思路

基于CDIO教育模式的微機原理實驗教學構(gòu)建思路如圖1所示，通過構(gòu)思環(huán)節(jié)，形成對本課程教學體系以及評價的指導(dǎo)方案和評價標準；通過優(yōu)化設(shè)計環(huán)節(jié)和完善實驗教學計劃，完成實驗教學內(nèi)容；通過運作環(huán)節(jié)改善實驗環(huán)境和實驗方式，最終形成創(chuàng)新性實驗成果，達到CDIO模式的培養(yǎng)目的。

四、CDIO實驗教學的實施

通過本次教學改革，徹底改變傳統(tǒng)“填鴨式”教學模式。方法是在每節(jié)課前，根據(jù)課程各部分的知識點提出問題，將學生分成幾個討論小組，讓學生查閱資料，充分調(diào)動學生的積極性。實驗教學可以分為兩部分：一部分開展驗證性實驗，一部分以項目開發(fā)的形式開展綜合實驗。

1.驗證性實驗教學。根據(jù)實驗指導(dǎo)書設(shè)置實驗內(nèi)容和實驗要求，學生做好預(yù)習工作，并在實驗課上進行驗證。教師應(yīng)在實驗課上與學生分析實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)果，解決實驗過程中遇到的問題，讓學生掌握借助實驗驗證理論的分析過程和方法。

2.項目式開發(fā)實驗教學。經(jīng)歷過項目式開發(fā)實驗后，學生能夠進一步加深對本課程的認知和理解，增強創(chuàng)新熱情和自信心。在此環(huán)節(jié)中，可以組織2～3名學生一組，通過一起討論題目、自行查詢相關(guān)資料完成本次實驗。例如：在利用8255實現(xiàn)LED顯示實驗中（如圖2所示），8255的A口工作通過簡單輸出方式輸出數(shù)據(jù)。如圖3所示，學生可以先做驗證性實驗，掌握動態(tài)LED數(shù)碼管顯示原理后，可以深入到LED靜態(tài)顯示存放在顯示緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)和0—9999十進制加/減計數(shù)，或者更換8255口線，將A口和B口功能互換，利用軟件或硬件跳線實現(xiàn)項目開發(fā)式實驗。

五、實驗課考核方式

學生的最終成績由平時成績和期末考試成績構(gòu)成。具體分配如下：實驗課程分為8個實驗（6個驗證性和2個項目式開發(fā)實驗），每個實驗滿分10分，8個實驗共80分，實驗報告占20分，這兩項成績占總成績的60%。期末考試成績滿分100分，占總成績的40%。具體公式如下：

實驗總成績=■m■+M×60%+N×40%

式中mi表示每個實驗成績（0～10分），M表示實驗報告成績（0～20分），N表示期末考試試卷成績（0～100分）。

六、教改心得體會

微機原理實驗課程教與學的難度都比較大，如何更好地實現(xiàn)教學相長是任課教師需要經(jīng)常思考的問題。筆者選取此門實驗課程作為CDIO模式的試驗田，可在將來推廣到微機原理和單片機原理及應(yīng)用課程中。通過實驗課程改革發(fā)現(xiàn)，學生動手實驗的積極性有很大提高，變“要我學”為“我要學”，出勤率比以往有很大提高。同時，教師要清醒地認識到，CDIO的教育理念和模式改革是一個復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程。在今后的推廣工作中，還必須系統(tǒng)地關(guān)注以下問題：第一，盡量縮短與國外工程教育的差距；第二，教學質(zhì)量的提高需要教師和學生的合作；第三，高等院校應(yīng)該在有限的實驗室教學條件下，為學生提供更好的工程實驗環(huán)境；第四，CDIO教學模式需要教師、學校、用人單位等多方面的全力配合和支持，才能使工程教育得到廣泛開展。

參考文獻：

[1]齊燦，鄧維.CDIO模式下計算機操作系統(tǒng)課程教學改革與探索[J].教育教學論壇，2013（3）：52-53.

[2]張蕾，王興華，陳越洋，等.基于CDIO模式實驗教學改革的問題及對策[J].教育教學論壇，2015（7）：79-80.

[3]周蕊.微機原理課程教學方法改革研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2014（10）：125-126.

[4]李珍香，李全福.基于CDIO模式的微機原理與接口技術(shù)課程實驗教學改革與實踐[J].實驗室科學，2013（1）：65-68.

[5]劉宏達，蘭海，馬忠麗，等.培養(yǎng)大學生綜合素質(zhì)——改革電氣工程專業(yè)實驗教學模式[J].實驗技術(shù)與管理，2011（3）：128-131.

[6]王亞良，張燁，陳勇，等.基于CDIO的實驗項目開發(fā)與實踐[J].實驗技術(shù)與管理，2010（2）.

[7]余建波，楊西強，王璦，等.高校實驗教學信息化的建設(shè)與探索[J].實驗室研究與探索，2010（10）：150-153.